专利名称：一种数字化无线电高度表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子技术领域，特别是涉及一种数字化无线电高度表。
背景技术：
目前的无线电高度表主要有两大体制类，一是脉冲体制，二是调频连续波体制。下面详细介绍上述两种体制，具体如下所述脉冲体制高度表是通过一个毫微秒的高压脉冲，调制腔体振荡器，产生大功率射频脉冲，通过发射天线向地面辐射，从地面反射的回波信号通过接收天线进入接收机，经过接收机内的混频器、放大器、检波器后，比较发射脉冲和接收脉冲的延迟，从而计算出相对地面的高度。该脉冲体制高度表由于采用了脉冲体制，因而具有测距范围大，增加量程容易的优点，但是这种脉冲体制高度表的缺点是发射功率大，测量范围�。绻龃蟛饬糠段В蛐枰徊皆龃蠓⑸涔β剩厝坏贾侣龀逄逯聘叨缺淼奶寤�、重量重。调频连续波高度表是用三角波、锯齿波或正旋波等形式的调制信号加在压控振荡器上，产生频率范围变化很大、与调制信号变化规律相同的高频发射信号，通过发射天线向地面辐射，从地面发射的回波信号通过接收天线进入接收机，与发射信号的一部分能量混频，输出包含高度信号的差频信号。目前比较完善的调频连续波高度表是一种称为恒定差拍体制调频连续波高度表。此类高度表的主要优点是采用连续波体制，对一定的测高范围，需要的发射功率比脉冲体制高度表�。谴死喔叨缺淼牟蛔闶遣飧叻段芴煜吒衾攵鹊南拗疲飧呔仁苎箍卣竦雌鞯南咝�、最大频偏的影响，要达到很高的测量精度，则需要具备线性校准和频偏控制等电路，因此连续波高度表也不能作到具备很小的体积和重量。同时由于上述的这两类高度表普遍采用模拟工作方式，其中的电阻、电容、三极管、运算放大器等分离器件数量很多，不仅造成设备本身体积大，重量重，测量精度低，而且也很难与其他系统集成综合。总之，目前的无线电高度表具有测量精度低且功能可扩展性差的缺陷。因而，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是如何找到一种新型的无线电高度表，该无线电高度表具有测量精度高且功能可扩展性强的优点。
实用新型内容本实用新型所要解决的一个技术问题是提供一种数字化无线电高度表，该数字化无线电高度表具有测量精度高且功能可扩展性强的优点。为了解决上述问题，本实用新型公开了一种数字化无线电高度表，包括射频组件单元、低频放大单元、低频伺服环路单元和微处理机监控电路单元，所述射频组件单元、所述低频放大单元、所述低频伺服环路单元和所述微处理机监控电路单元顺序连接，信息数据从所述射频组件单元输入到所述低频放大单元，所述低频放大单元将所获得的数据信息传输给所述低频伺服环路单元，再由所述低频伺服环路单元传输给所述微处理机监控电路单元。、[0010]优选的，所述射频组件单元包括发射源、射频鉴频电路、定向耦合器、混频器和隔离器，其中，所述射频发射源的射频信号频率由双变容管调制，所述定向耦合器的微带定向耦合器的耦合度是20分贝。优选的，所述低频伺服环路单元包括跟踪或搜索控制电路、积分器或环路增益校正电路、锯齿波发生器、调频宽度的校准电路和差频的校准电路，其中，所述锯齿波发生器由锯齿波振荡电路与单稳态多谐振荡器组成，所述锯齿波振荡电路主要由运放电路构成，所述单稳态多谐振荡器主要由运放电路与晶体管构成。优选的，所述微处理机监控电路单元包括微处理器和输入输出电路，所述微处理器采用的是C8051系列高速单片机，所述输入输出电路包括数字输入接口和数字输出接口。 与现有技术相比，本实用新型具有以下优点I、本实用新型的数字化无线电高度表具有模拟型无线电高度表无法比拟的优点，无线电高度表是调频连续波恒定差拍频率体制，应用微处理器技术双CPU控制，测量精度高，功能可扩展性强，输出模式可任意配置。2、本实用新型的数字化无线电高度表可在较恶劣环境下正常工作，可靠性较高。3、本实用新型的数字化无线电高度表的零高度校准功能，增强了设备的适用性。4、本实用新型的数字化无线电高度表可方便进行数据输入和数据输出，由于电路各部分均能进行自检，可方便通过故障状态字确定高度表故障位置。高度表内定时进行校准，测量准确度大大提高，并且射频参与自检测，因此表内故障定位非常方便，数字化输出能够方便适应不同用户需求，方便实现串行数据输出或总线数据输出，使高度表应用范围扩大，这些特有功能由高度表收发机各电路组件完成。5、本实用新型的数字化无线电高度表能在各种气候条件下精确测量飞行体离地或海面的实际高度，它广泛应用航空、航天等领域。如飞机的进场着陆时提供实时高度，军用飞机对地轰炸攻击、导弹超低空飞行、巡航弹的地形匹配等都需无线电高度表提供飞行体离地精度高度，因此无线电高度表已成为飞机及各种飞行器必不可少的电子设备。6、本实用新型的数字化无线电高度表是一种高精度的数字化无线电高度表，该数字化无线电高度表采用调频连续波恒定差拍体制进行高度测量，可以广泛应用于飞机着陆系统、直升机高度指示，导弹飞行高度控制系统，超低空飞行的地形跟踪系统等方面。此型无线电高度表的测高精度为高度的±2%，在目前国内同种高度表中处于领先地位。系统中采用先进的C8051系列高速单片机、CPLD等大规模集成电路，由于元器件数量减少使系统故障率降低，同时增强对系统各组成部分的自检功能，这样大大增强了设备的可靠性和可维修性。总之，本实用新型提供了一种数字化无线电高度表，该数字化无线电高度表具有测量精度高且功能可扩展性强的优点。
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本实用新型一种数字化无线电高度表实施例的结构示意图；图2是本实用新型中低频伺服环路原理方框图；图3是本实用新型中低频放大原理方框图；图4是本实用新型中跟踪鉴频特性示意图；图5是本实用新型中微处理机监控电路原理方框图；图6是本实用新型中程序框的示意图。
具体实施方式本实用新型实施例提供了一种数字化无线电高度表，该数字化无线电高度表具有测量精度高且功能可扩展性强的优点。为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本实用新型的核心思想之一是提供了一种数字化无线电高度表，包括射频组件单元、低频放大单元、低频伺服环路单元和微处理机监控电路单元，所述射频组件单元、所述低频放大单元、所述低频伺服环路单元和所述微处理机监控电路单元顺序连接，信息数据从所述射频组件单元输入到所述低频放大单元，所述低频放大单元将所获得的数据信息传输给所述低频伺服环路单元，再由所述低频伺服环路单元传输给所述微处理机监控电路单元；该无线电高度表具有测量精度高且功能可扩展性强的优点。参照图I，示出了本实用新型一种数字化无线电高度表实施例的结构示意图，具体可以包括射频组件单元101、低频放大单元102、低频伺服环路单元103和微处理机监控电路单元104,所述射频组件单元101、所述低频放大单元102、所述低频伺服环路单元103和所述微处理机监控电路单元104顺序连接，信息数据从所述射频组件单元101输入到所述低频放大单元102，所述低频放大单元102将所获得的数据信息传输给所述低频伺服环路单元103，再由所述低频伺服环路单元103传输给所述微处理机监控电路单元104。其中，所述射频组件单元102包括发射源、射频鉴频电路、定向耦合器、混频器和隔离器，其中，所述射频发射源的射频信号频率由双变容管调制，所述定向耦合器的微带定向耦合器的耦合度是20分贝。所述低频伺服环路单元包括跟踪或搜索控制电路、积分器或环路增益校正电路、锯齿波发生器、调频宽度的校准电路和差频的校准电路，其中，所述锯齿波发生器由锯齿波振荡电路与单稳态多谐振荡器组成，所述锯齿波振荡电路主要由运放电路构成，所述单稳态多谐振荡器主要由运放电路与晶体管构成。所述微处理机监控电路单元包括微处理器和输入输出电路，所述微处理器采用的是C8051系列高速单片机，所述输入输出电路包括数字输入接口和数字输出接口。高度表收发机以微处理机硬软件为中心，完成射频电路和低频伺服环路的监控、校准，高度参数的测量和输出。测高电路系统有搜索和跟踪两种基本工作状态。电源刚接通或工作过程中无接收信号时，控制鉴频器使伺服环路处于搜索状态，此时锯齿波斜率从高向低连续变化，每个搜索周期为0.8秒。当接收信号出现，且差频频谱在控制鉴频器门限频率范围以内时，控制鉴频器的输出信号使伺服环路转为跟踪状态。在跟踪过程中，由微处理机控制每50毫秒进行一次高度数据测量和输出数据的刷新；每测量60次(即3s)之后，切断回波信号，系统转入校准工作方式，进行一次H)、AF和fbO等参数的校准，校准周期为I毫秒；校准周期完成之后，重新经搜索返回跟踪和高度测量。参照图2，示出了本实用新型中低频伺服环路原理方框图。从图2中，可以看出低频伺服环路主要包括跟踪/搜索控制电路、积分器和环路增益校正电路、锯齿波发生器、调频宽度的校准电路、差频Fb的校准电路等组成部分。为了使本领域的普通技术人员更好地理解本实用新型中所述低频伺服环路的结构，上述各个部分具体如下所述I)跟踪/搜索控制电路包含环路控制电路和两个控制触发器。控制触发器I用于给出BCl信号，以BCl的电平作为判定差频信号是否存在的结果。当环路工作在跟踪状态时，BCl的逻辑电平为‘I’ ；搜索状态时，BCl逻辑电平为‘O’。由BCl信号的电平去控制检测电路的转换和产生跟踪中断申请信号。控制触发器2的作用是在测量和校准工作方式时，以不同的时间常数复制BCl信号并产生BC2信号。在测试条件下，从差拍信号出现到环路完成搜索转跟踪的时间滞后为20ms，从差拍信号丢失到伺服环路完成跟踪转搜索的时间滞后为IOms ;在校准条件下,前者时间常数为2ms,而后者为1ms. BC2和BCl信号之间的时间常数由可编程定时器和分频器电路控制。2)积分器和环路增益校正电路积分器由一个运放电路组成。在跟踪工作状态时，积分器接收跟踪鉴频器提供的误差电压信号，输出相应的直流电压给环路增益校正电路，此电路是利用晶体二极管的非线性特性和运放组成的非线性直流放大电路，用于控制锯齿波的斜率。3)锯齿波发生器包括运放电路构成的锯齿波振荡电路和运放与晶体管组成的单稳态多谐振荡器两部份。当锯齿波幅度达到预定值时，多谐振荡器被触发一次，完成一个锯齿波扫描周期，锯齿波的幅度在0 7伏可调，锯齿波的线性和直流偏置均可调整。4)调频宽度的校准电路由前述的微波鉴频电路和放大整形电路和锯齿波周期测量电路共同组成。微波鉴频电路输出的两个频率信号，经过放大和整形之后形成两个方波脉冲，脉冲的时间间隔TA可以作为时间基准，输送给PTM及其控制电路，由微处理机测量时间TA和锯齿波周期T将T和I. 5TA进行比较，可以求出误差值，微处理机控制锯齿波电压幅度，进行适当修正后，使误差降至最低限度，则射频源的调频宽度AF的校准精度可以达到±0.5兆赫。微处理机控制锯齿波输出的直流偏置电压，进行适当调整后，使射频信号的中心频率R)精度可以达到±5MHZ。5)差频fb的较准电路由PWM信号发生电路组成。当伺服环路处于校准方式时，地面反射信号被切断，用相当于锯齿波周期为Ims的控制电压触发PWM发生器，其输出信号的频率使低频伺服环路跟踪于校准用的模拟高度30m，测量此时的锯齿波周期并与Ims标准值比较，可以求得误差，用于修正高度值的输出数据。参照图3，示出了本实用新型中低频放大原理方框图。从图3中可以看出低频放大主要包括输入变压器、前置放大、GVA控制、中间放大、带通滤波、限幅和功率放大电路、跟踪鉴频器、控制鉴频器、增益控制电路等组成部分。为了使本领域的普通技术人员更好地理解本实用新型中所述低频伺服环路的结构，上述各个部分具体如下所述放大器通带宽度为10千赫，最大增益为126分贝，通过微处理器控制完成放大器增益降低0 78分贝，电路输出25千赫为中心的差频信号，跟踪鉴频器输出对应25千赫为中心的差频信号，高于25千赫的差频信号输出为正，低于25千赫差频信号输出为负。控制鉴频器用于检查低放电路输出的差频信号是否存在.当伺服环路工作在跟踪状态时，低频放大器输给控制鉴频器一个以25千赫为中心带宽为10 20千赫的电压信号，此时控制鉴频器的输出信号幅度大于门限值，如果接收信号丢失或信号频率编移至控制鉴频器通带以外，则鉴频器输出信号幅度小于门限值。此输出信号输给跟踪/搜索触发器1，以控制其逻辑信号输出。 参照图4，示出了本实用新型中跟踪鉴频特性示意图。从图4中，可以看出跟踪鉴频器输出对应25千赫为中心的差频信号，高于25千赫的差频信号输出为正，低于25千赫差频信号输出为负。参照图5，示出了本实用新型中微处理机监控电路原理方框图。从图5中可以看出微处理机监控电路主要由微处理器和输入输出电路组成部分。为了使本领域的普通技术人员更好地理解本实用新型中所述微处理机监控电路的结构，上述各个部分具体如下所述微处理器采用目前比较先进的C8051系列高速单片机，可以方便进行在线编程和二次开发。微处理器电路硬件与软件共同完成各项监控和测试功能，其主要功能有四个方面一是控制高度伺服环路工作过程，控制搜索、跟踪和校准状态的定时转换；二是校准伺服环路的工作参数，修正射频信号的中心频率和调频宽度AF，监测差拍频率fb的误差；三是控制和测量锯齿波周期，计算输出高度数据，控制警告电路和故障显示电路；四是根据使用要求提供人工仿真或远距离数据传输。输入输出电路由数字输入输出接口完成，数字输入接口 数字接口符合HB6096标准(ARINC429)，用于控制自检。数字输出接口 数字接口符合HB6096(ARINC429)标准，其中输出(含高度信息、可靠性信号、自检状态字)可同时驱动3路负载。主要输入量是AID值和测试指令。输出电路给出高度值、高度变量。可编程定时器及其控制电路包括三个独立的可编程定时器，第一个定时器用于每50毫秒产生一次中断申请，以便由微处理器转入高度数据测量；第二个定时器用于测量四种信号(T，T1，T2，T3)的数值；第三个定时器在校准状态时给出压控振荡器信号25个周期的时间宽度；在跟踪状态时给出信号T的时间宽度。参照图6，示出了本实用新型中程序框的示意图。从图6中可以看出全部程序采用树形系统，将程序划分为三个层次，即主程序、程序块和子程序。主程序有三个部分，它们被分割为若干个程序块，各块之间彼此独立，每个程序块对应一种确定的工作状态，各自有输入端和输出端，各块之间由主程序提供联接方式。在程序块中的任意点均可调用子程序。总之，本实用新型提供了一种数字化无线电高度表，该数字化无线电高度表具有测量精度高且功能可扩展性强的优点。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上对本实用新型所提供的一种数字化无线电高度表进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新 型的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
权利要求1.ー种数字化无线电高度表，其特征在于，包括射频组件単元、低频放大単元、低频伺服环路单元和微处理机监控电路单元，所述射频组件单元、所述低频放大单元、所述低频伺服环路单元和所述微处理机监控电路単元顺序连接，信息数据从所述射频组件单元输入到所述低频放大单元，所述低频放大单元将所获得的数据信息传输给所述低频伺服环路单元，再由所述低频伺服环路单元传输给所述微处理机监控电路単元。
2.根据权利要求I所述的数字化无线电高度表，其特征在于，所述射频组件单元包括发射源、射频鉴频电路、定向耦合器、混频器和隔离器，其中，所述射频发射源的射频信号频率由双变容管调制，所述定向耦合器的微带定向耦合器的耦合度是20分贝。
3.根据权利要求I所述的数字化无线电高度表，其特征在于，所述低频伺服环路单元包括跟踪或搜索控制电路、积分器或环路增益校正电路、锯齿波发生器、调频宽度的校准电路和差频的校准电路，其中，所述锯齿波发生器由锯齿波振荡电路与单稳态多谐振荡器组成，所述锯齿波振荡电路主要由运放电路构成，所述单稳态多谐振荡器主要由运放电路与晶体管构成。
4.根据权利要求I所述的数字化无线电高度表，其特征在于，所述微处理机监控电路单元包括 微处理器和输入输出电路，所述微处理器采用的是C8051系列高速单片机，所述输入输出电路包括数字输入接口和数字输出接ロ。
专利摘要本实用新型提供了一种数字化无线电高度表，包括射频组件单元、低频放大单元、低频伺服环路单元和微处理机监控电路单元，所述射频组件单元、所述低频放大单元、所述低频伺服环路单元和所述微处理机监控电路单元顺序连接，信息数据从所述射频组件单元输入到所述低频放大单元，所述低频放大单元将所获得的数据信息传输给所述低频伺服环路单元，再由所述低频伺服环路单元传输给所述微处理机监控电路单元；该无线电高度表具有测量精度高且功能可扩展性强的优点。
文档编号G01C25/00GK202471090SQ20122011052
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者张培仁, 朱维伟, 荣涛 申请人:北京安达维尔航空设备有限公司
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